2 Температура резания
На рис. 4 показано изменение температуры для различных точек контакта на ПП инструмента.
Max Q = С/2 (половина ширины площадки контакта).
Под температурой резания Q° понимают среднюю температуру на поверхности контакта инструмента со стружкой и поверхностью резания.
Риунок. 4 - Изменение температуры в различных точках контакта на ПП инструмента
Средняя температура резания равна сумме двух температур: температуры деформации Qд и средней температуре трения на ПП инструмента Qп.ср., т.е.
Q = Qд + Qп.ср
При постоянной V средняя температура стружки Qc и распределение тепла между стружкой, инструментом и деталью зависят главным образом, от работы, расходуемой на резание и теплопроводности ОМ.
Средняя температура стружки при обработке стали значительно больше, чем у чугуна. Это вызвано, как большей работой пластической деформации, так и работой трения на ПП. Уменьшение количества тепла, уходящего в стружку, при обработке чугуна связано с элементным типом стружки при его резании.
С увеличением твердости и прочности ОМ количество тепла возрастает.
Количество тепла, уходящего в инструмент, мало и при резании любых материалов с любыми режимами обработки. Это объясняется низкой интенсивностью теплоотвода в инструмент из-за низкой теплопроводности ИМ.
На теплосодержание стружки и ее среднюю температуру оказывает влияание режим резания: t, S, V. При увеличении t удельное количество тепла в стружке уменьшается, при увеличении S – практически постоянно, при увеличении V – возрастает.
Лекция 12
Износ и стойкость режущих инструментов
1 Физические закономерности изнашивания инструментов
2 Внешняя картина изнашивания лезвий инструментов
3. Стойкость режущих инструментов
1 Физические закономерности изнашивания инструментов
Абразивное изнашивание.
Снятие стружки с поверхности детали сопровождается изнашиванием режущих лезвий инструментов. Это происходит в результате комплексного действия целого ряда механических и физико-химических явлений на площадках контакта. Механизм абразивного изнашивания заключается в том, что твердые включения обрабатываемого материала, внедряясь в контактные поверхности инструмента, царапают их как микроскопические резцы. Особенно это проявляется, когда твердость инструментального материала в процессе резания падает, а обрабатываемый материал упрочняется. Абразивное действие оказывают частицы нароста, карбиды, интерметаллиды, оксиды и другие включения высокой твердости.
При резании в химически активных средах, например в четыреххлористом углероде, абразивное действие может возрастать вследствие разупрочнения поверхностных слоев инструментального материала, вступившего в химические реакции со средой. Такие слои легче поддаются разрушению абразивными частицами, а изнашивание получило название абразивно-химического.
Адгезионное изнашивание.
В процессе резания происходят одновременно накапливание частиц на одних микроучастках контактных площадок и срыв с других микроучастков тех же контактных площадок накопившихся на них частиц. В результате по всей контактной поверхности образуются микроочаги относительно кратковременного действия локальных сил адгезии (адгезия — сцепление поверхностных слоев разнородных тел) между поверхностными слоями материалов инструмента и детали, чередующиеся с разрушением и уносом оторванных частиц стружкой или вновь образуемыми участками поверхности резания. Высокие давления в зоне контакта увеличивают его истинную площадь. Сам процесс непрерывного перемещения стружки и обрабатываемого металла вдоль поверхностей инструмента способствует образованию сильных металлических связей, при этом разрушаются слои поверхностных оксидов и других адсорбированных пленок. Поэтому явления адгезии при резании проявляются наиболее четко.
Диффузионное и химическое изнашивание.
Диффузионное изнашивание в процессе резания происходит вследствие взаимного диффузионного растворения компонентов инструментального и обрабатываемого материалов; разрушения поверхностных слоев инструмента в результате структурных превращений и их разупрочнения.
В процессе резания высокие температура и давление в зоне контакта, интенсивная адгезия, большие пластические деформации способствуют взаимному диффузионному растворению компонентов инструментального и обрабатываемого материалов, повышая их химическую активность. Стружка и обрабатываемая поверхность перемещаются относительно инструмента непрерывно и с большой скоростью. При этом в контакт входят все новые и новые участки поверхности обрабатываемого материала, и скорость взаимного растворения высока.
Различные компоненты твердого сплава диффундируют в обрабатываемый материал с различной скоростью: наиболее быстро — углерод, менее быстро — вольфрам, кобальт и титан. Одновременно в твердый сплав диффундирует железо. Это приводит к образованию между инструментом, стружкой и поверхностью резания диффузионных слоев более хрупких и разупрочненных, что в свою очередь приводит к срезу с контактных площадок инструмента слоев инструментального материала движущейся стружкой и поверхностью резания.
Диффузионные процессы характерны не только для твердых сплавов, но и для других материалов, работающих при высоких температурах резания. Например, алмазные резцы при обработке стали и чугуна теряют свою работоспособность при Θ> 950...1000°С в результате диффузионного изнашивания. Интенсивность диффузии резко снижается при использовании инструментальных материалов, химически инертных к обрабатываемому.
Наряду с диффузией активное влияние на изнашивание оказывают и другие процессы, например, химическое взаимодействие с окружающей средой. При резании на воздухе при высоких температурах наблюдаются химические реакции. В частности, в диапазоне 700...900°С активно вступают в реакцию с кислородом компоненты твердых сплавов, причем кобальт окисляется наиболее активно, а затем простые и сложные карбиды. Твердость образующихся окислов в 40—60 раз ниже, чем твердых сплавов. Это нарушает монолитность сплава, ослабляет связи между карбидами и связкой, вследствие чего наблюдается разрушение оксидных пленок, вырывание карбидов из матрицы твердого сплава и изнашивание контактных площадок.